Машины. Настоящее и будущее (вместо заключения)

С первых времен своего становления машины вошли в несколько противоречивые отношения с человеком. Иначе не могло и быть, ведь в основу их создания легли две взаимно исключающие цели: улучшение условий жизни человека и уничтожение его во время военных действий. Исходным объектом в том и другом случае была палка, служившая или как подъемный рычаг, или как «холодное оружие». Более близкими предшественниками машин явились ручная мельница и подобные приспособления, с одной стороны, лук со стрелами и праща — с другой. И наконец, история машин начинается с изобретения водяной мельницы (непрерывного действия) и военных машин (дискретного действия). Может быть, поэтому и на ремесло «механика» смотрели в те времена без особого почтения.

Два направления развития машинной техники проходят рядом, как мы видели, на протяжении многих столетий. Постройкой мирных и военных машин занимались в Древней Греции. В широком диапазоне машинного творчества эпохи Возрождения мы находим на ряду с машинами, предназначенными для удовлетворения тех или иных человеческих потребностей, довольно сложные проекты военных машин. С зарождением промышленности намечается большая специализация, и те и другие машины развиваются самостоятельно, лишь заимствуя друг у друга некоторые механизмы, а изредка и «кадры специалистов». Тогда же в направлении сооружения машин чисто мирного применения возникает новое противоречие: оказывается, что машины мешают людям жить. Так произошло, например, с паровой машиной, предназначенной для самоходного судна. Судно было построено, и первые испытания показали хорошие качества изобретения Дени Папена. Однако против первого в мире парового судна выступили лодочники: они боялись, что механическое судно отнимет у них заработок, и разбили машину вместе с судном. Средств у. изобретателя на сооружение нового судна более не было, и человечество получило пароход лишь через сто лет после первого эксперимента.

Промышленный переворот также затронул многих людей, зарабатывавших ремеслом: начинается борьба против машин. Спорадические выступления участников этого движения продолжались на протяжении нескольких десятилетий. Так, новая вспышка движения произошла уже в начале прошлого века в Англии. Сперва очень благоприятная конъюнктура произвела подъем домашнего ткачества, но в связи с началом наполеоновских войн и неурожаем спрос на хлопчатобумажные изделия резко сократился, и около пятисот тысяч ткачей, оказавшихся на грани нищеты, начали присоединяться к движению луддитов.

В движении «разрушителей машин», в котором участвовали уже рабочие и ремесленники разных специальностей, проявились некоторые новые черты. До того времени чулки вырабатывали ремесленники высокой квалификации, но они начали терять рынок сбыта, так как на рынке появились чулки машинной выработки, значительно худшего качества, но зато более дешевые, поскольку фабриканты использовали грошовый детский труд. Возмущение было обращено на машины, в которых видели все зло, а правительство ответило законодательным актом, по которому за поломку машин полагалась смертная казнь, которая до того времени присуждалась лишь за человекоубийство.

Опасность превращения людей лишь в придатки полумеханизированного производства ощутили и представители интеллигенции. Не случайно одним из немногих членов парламента, выступивших в защиту луддитов, стал великий английский поэт Джорж Гордон Байрон. В своем выступлении в Палате лордов он сказал, что даже смертное наказание за разрушение машин может оказаться недейственным, если оно сделает людей безразличными к той жизни, которую парламент оценил «дешевле цены чулочной машины». Его выступление осталось без поддержки. Но игрой судьбы его дочь, Августа Ада Лавлейс, будучи математиком по призванию, помогала Чарльзу Беббиджу в его работе над созданием вычислительной машины и даже составила для нее программу, став таким образом первым программистом в истории науки.

Писатели и художники прошлого столетия старались не замечать машины, которые развивались рядом с ними. Впрочем, этого нельзя сказать о карикатуристах, которые напрягали все свое остроумие, чтобы посмеяться над машиной. В основном их насмешки были направлены на средства транспорта. Положение несколько изменилось к концу века, когда машины начали появляться на картинах художников. Но если не считать упоминавшегося уже «Железопрокатного завода», художники редко изображали «царство» машин. Вероятно, лишь Хит Робинсон, творец «вздорных» машин, отнесся к ним не как к враждебной силе, а очень интересный французский писатель и художник А. Робида в своей книге «Двадцатый век» попробовал пройти по стопам писателей-фантастов и взглянуть в технику будущего. Кое-что в этом отношении ему удалось. Он как бы предсказал телевидение, кино, даже авиацию, хотя в формах, близких по духу второй и третьей четверти прошлого века. Но, конечно, развитие моды ему предсказать не удалось.

Были поэты и среди тех, кто занимался механикой, впрочем, искать их пришлось бы среди инженеров.

Таким был и замечательный русский ученый-механик Виктор Львович Кирпичей. Как бы отвечая на выход в свет повести А. И. Куприна «Молох» (написанной в результате работы писателя на рельсопрокатном заводе в Донбассе), ученый в одной из своих речей говорил о том, что взгляды на машину как на темную силу, требующую иногда человеческих жертв, «не могут разделяться инженерами, которые сами делают машины и другие сооружения, заводы, железные дороги, воплощая свои творческие мысли в формы, сделанные из железа и камней». По его словам, инженер «никогда не согласится считать машину или каменную постройку господином, которому должны служить люди, как идолу, или допустить, что иногда необходимы жертвы этому чудовищу». В дальнейшем ученый писал о том, что из всех наук наибольшая сила фантазии требуется в математике, и подтверждением этому служит тот факт, что среди математиков так много изобретателей, а разнообразие тем и задач, выдвигаемых ими, «очень интересно и поучительно изучать».

Эти тезисы о значении машин для культуры и о значении математики для дальнейшего развития машин, высказанные на рубеже двух столетий, полностью подтвердились. Наше существование становится немыслимым без машин, и иногда мы просто не замечаем, как глубоко вошли они в нашу жизнь. Мы живем в домах, собранных с помощью строительных кранов из конструкций, изготовленных на заводе. Все электрооборудование, детали водопровода, газопровода — также машинного производства. Машины сделали бумагу, на которой напечатаны обои, и напечатали на них рисунок. Вся мебель в квартире — продукция деревообрабатывающих цехов. Наша одежда и обувь сшиты на машинах из материалов машинной выработки. Газеты, журналы и книги, которые мы читаем, напечатаны на полиграфических машинах. Этот список потребности человека в том, что производят машины, можно продолжить, и он будет очень длинным...

Но вместе с тем и сами машины являются продуктом очень разнообразного человеческого труда. Если вспомнить, например, создателей ракеты, которая доставляет космонавтов на космическую станцию, то окажется, что она — воплощение труда многих людей и в нее вложен труд всего народа. То же самое можно сказать и о других, менее сложных машинах. Этим и отличается эпоха научно-технической революции от всех предыдущих периодов человеческой истории. Если когда-то давно могло случиться, что некий древний мастер, нашедший железную руду, принес ее к себе домой, нагрел в горне, выковал нож и обменял его на зерно, то теперь в изготовлении подобного ножа принимают участие люди самых разнообразных профессий.

Вернемся ко второму тезису, т. е. остановимся на взаимоотношениях механики и математики, имеющих столь длительную историю. В отличие от других естественных наук, в которых для доказательства определенных утверждений постоянно приходится обращаться к опыту и наблюдению, в математике чаще всего оперируют абстрактными понятиями. Доказать теорему для математика— означает вывести ее путем рассуждений из начальных свойств, присущих тем понятиям, которые фигурируют в этой теореме, абстрагируясь от реально существующих объектов. Поэтому иногда говорят о чистой и прикладной математике и различают эти два направления науки. Это не совсем правильно: математика едина, а взаимоотношения между этими ее двумя направлениями лишь отражают те сложные зависимости между теорией и практикой, которые возникают в любой науке, в каждом направлении человеческой деятельности. Конечно, прикладная математика ближе к практике, ибо она представляет математическое обеспечение науки и техники, в частности и машиностроения. Это объясняется в некоторой степени ее относительной гибкостью и способностью быстро развертывать математический аппарат, необходимый для конкретных приложений. Но «во втором эшелоне», если так можно выразиться, находится теоретическая математика, которая иногда оказывается «прикладной» по отношению к прикладной математике.

Одной из характерных особенностей современной математики является глубокий анализ ее основ, анализ взаимозависимости ее понятий, структуры ее теорий, анализ способов математических доказательств и выводов.

И наконец, характерная особенность математики, присущая лишь ей и существенно отличающая ее от других естественных наук, заключается в том, что почти все науки менялись в части законов, методов и содержания, а математика практически не потеряла ничего из того, что было ею приобретено за тысячи лет ее существования. Поэтому при изучении, конструировании и построении машин, а также в вопросах их эксплуатации мы пользуемся не только современной математикой, но также и математикой, созданной в прошлых столетиях.

Применение математики к решению проблем учения о машинах, математизация этой отрасли знания, остается очень непростым делом. Образцом в этом отношении не может служить, например, механика или математическая физика. Эти науки имеют дело с объектами и явлениями, которые в течение весьма длительного времени не меняются или постоянно повторяются во времени и в пространстве. Этого нельзя сказать о «царстве» машин. Возникнув около двух с половиной тысяч лет назад, за такой относительно короткий срок эволюции машины «пережили» по крайней мере два революционных периода, в результате которых возникли их принципиально новые типы. Поэтому, для того чтобы найти общие методы исследования машин и построить соответствующие математические модели, необходимо было прежде всего создать теоретическое учение о машинах, т. е. теорию механизмов и машин. В результате большой и напряженной работы нескольких поколений механиков, среди которых особое место занимают отечественные ученые П. Л. Чебышев, Н. Е. Жуковский, Л. В. Ассур, В. П. Горячкин, Н. И. Мерцалов, В. В. Добровольский, И. И. Артоболевский, эта важная задача в определенной степени была выполнена.

Это то, что касается машин вчерашнего и сегодняшнего дня. Но ведь необходимы машины следующих поколений, и наука должна это предвидеть и предсказать те математические методы, которые дадут возможность познания и создания новой машинной техники.

Важная роль в этом отношении принадлежит электронно-вычислительной технике. Проблемы автоматизации, которые стали важнейшим направлением развития научно-технической революции, стимулировали создание и развитие новых систем машин автоматического действия. Современные задачи машиностроения, как оказалось, могут быть решены лишь с помощью математики и с привлечением не только ее наличных средств, но и при разработке новых, лучше отвечающих специфическим особенностям задач.

Теория машин автоматического действия возникла на базе идей механики машин и теории управления. Причем последняя сама отделилась от теории регулирования, лишь в первой половине нашего века став самостоятельным научным направлением. В 40-х годах происходило становление кибернетики, которая не только заимствовала много идей от теории управления, но и внесла в нее много новых идей и методов. Примерно в то же время происходило становление вычислительной техники, если не касаться уже упомянутых работ Чарльза Беббиджа и идей испанского ученого Леонардо Торреса де Кеведо, который в конце прошлого века предложил использовать в вычислительной машине электромагнитное реле.

Прошло почти полстолетия, пока идея создания вычислительной техники не была осуществлена практически. Практические разработки в этой области финансировались военными, и в годы войны сведения о них были скудными.

Как уже говорилось, в США в 1944 г. была создана машина Марк-1 с программным управлением; в ней н были использованы электромагнитные реле. Эта машина была подарена Гарвардскому университету и работала там около 15 лет. В том же году была предпринята разработка более мощной электромеханической машины, которая и была построена через два года. Эта машина по некоторым источникам весила о-коло 10 т и занимала площадь около 90 м2. Она производила операции над семиразрядными числами со следующими скоростями: сложение и вычитание — 0,3 с, умножение — 1 с, деление — 2,2 с. Было известно еще несколько машин такого же типа: в сущности, это были уже вычислительные машины, с их помощью нужно было составлять математические таблицы, выполнять все четыре арифметических действия, дифференцировать и интегрировать, интерполировать с учетом разностей разных порядков, суммировать и умножать ряды, производить вычисления методом наименьших квадратов и методом последовательных приближений и некоторые другие. Однако скорость выполнения операций была незначительной. Это обстоятельство, в сущности, и прекратило дальнейшее развитие машин этого типа.

Первой машиной другого типа, т. е. электронной машиной, была ЭНИАК, построенная в США в 1945 г. В ее структуре были использованы электронные лампы, и это обстоятельство дало возможность значительно повысить быстродействие машины: в среднем оно в тысячу раз превышало скорость электромеханических машин.

Первая советская машина такого же типа — так называемая малая электронно-счетная машина (МЭСМ) — была построена в 1950 г. в Киеве под руководством Сергея Александровича Лебедева. Через два года под его же руководством в Институте точной механики и вычислительной техники АН СССР была построена большая электронно-счетная машина (БЭСМ). В первой машине использовались шесть тысяч электронных ламп, а скорость ее работы составляла в среднем пятьдесят операций в секунду.

Еще через год было начато серийное производство отечественных электронно-вычислительных машин. Первой машиной, запущенной в серию, стала «Стрела» с быстродействием около двух тысяч операций в секунду. В машине было использовано еще большее число электронных ламп.

В последующие годы над созданием новых типов машин работали несколько коллективов в разных городах страны. Некоторые из этих машин выпускались серийно. Особое распространение в те годы получила машина «Урал». Эта машина появилась в высших учебных заведениях, в научно-исследовательских институтах, на предприятиях. В машине было использовано восемьсот электронных ламп, а скорость ее работы составляла сто операций в секунду. Такими были первенцы первого поколения вычислительных быстродействующих машин. Несмотря на то что уже в конце 50-х годов были разработаны безламповые модели, совершенствование и сооружение ламповых машин продолжались еще вплоть до середины 60-х годов.

Первые транзисторные вычислительные машины были выпущены почти одновременно в 1958 г. в США, ФРГ и Японии. По вычислительным возможностям эти машины превосходили все выпущенные до того времени модели ламповых машин. Постепенно усложняется их структура, и в 60-х годах разрабатываются новые машины, основной идеей создания которых было мультипрограммирование, иначе говоря, многопрограммный принцип работы. Эти машины второго поколения обладали новыми характеристиками и по качеству работы, и по удобству в обращении с ними. В среднем по габаритам эти машины были раз в сто меньше машин первого поколения, они потребляли в сто раз меньше энергии, а их быстродействие возросло в тысячу раз.

Мультипрограммирование структуры означало, что машина могла одновременно выполнять команды различных программ, хранящихся в ее запоминающем устройстве. Весьма существенным было также и то, что значительно повысилась производительность труда. Это обеспечивалось и самой программой ^работы машины. Значительное повышение быстродействия вело к тому, что стоимость простоя машины постоянно возрастала. Поэтому введение мультипрограммирования дало возможность в случае необходимости приостановить решение задачи, избегая при этом дорогостоящего простоя машины.

Переход к машинам второго поколения происходил в основном в течение 4—5 лет, и к концу этого периода машины первого поколения уже оказались в меньшинстве, хотя некоторые из них и продолжали работать. При этом расширилось и поле их деятельности. Если первые ЭВМ применялись для решения сложных- математических задач, то теперь машины начинают решать и разнообразные хозяйственные задачи. Количественно эти задачи начинают превалировать. Так, к середине 60-х годов до 80% машин, работавших в капиталистических странах, использовались в составе различных информационных систем -— в банковском деле, в промышленности, на транспорте, в сфере обслуживания, в торговле. Это обстоятельство повлияло и на структуру машин, и на разработку соответствующего оборудования, и на разработку стандартных программ.

Кроме машин универсального назначения второго поколения, начата была и разработка конструкции таких машин, которые можно было бы включить в общую структуру крупных машинных устройств, в системах военной техники, в системах управления самолетом, в системах аэрокосмического назначения и управления непрерывными технологическими процессами.

В нашей стране первые безламповые машины («Сетунь») были созданы в 1959—1961 гг. Быстродействие их постоянно повышалось. Так, первая советская машина этого типа, запущенная в серийное производство («Раздан-2»), выполняла пять тысяч операций в секунду. С 1963 г. был начат выпуск машин типа «Минск», которые к 1968 г. увеличили свое быстродействие до шести с половиной тысяч операций в секунду.

В 1966 г. в Институте точной механики и вычислительной техники была построена машина БЭСМ-6, выполнявшая уже миллион операций в секунду. Машина была оборудована четырьмя независимыми пультами управления.

В том же году в Киеве в Институте кибернетики АН УССР под руководством Виктора Михайловича Глушкова была построена малая универсальная машина «Мир», а в 1969 г. был создан ее второй вариант. Здесь взаимодействие человека с машиной было упрощено для облегчения производства инженерных расчетов. Машина «Мир-2» включала уже устройство визуального отображения информации, в состав которого входили световое перо и экран на электроннолучевой трубке.

Для систем управления непрерывными процессами в конце 60-х годов были разработаны машины типа «Днепр». В частности, машина «Днепр-2», выполнявшая до пятидесяти тысяч операций в секунду, имела в своем составе центральное устройство обработки данных, управляющий комплекс, предназначенный для приема информации от управляемого объекта, и комплекс периферийных устройств.

Вскоре, однако, устарели и эти машины. Развитием науки и техники перед конструкторами вычислительных машин были поставлены и новые задачи. Достигнутых скоростей быстродействия было уже недостаточно. Для этого нужно было опять менять структуру машин. В качестве нового структурного элемента появляются интегральные схемы-пластинки площадью в несколько десятков квадратных миллиметров, на которых размещаются тысячи транзисторов, резисторов, конденсаторов, диодов и других составных элементов машин. Применение интегральных схем обусловило появление цифровых вычислительных машин третьего поколения, выполнявших более миллиона операций в секунду, с малыми габаритными размерами, с высокой надежностью действия. Объем памяти машин третьего поколения вырос по сравнению с машинами второго поколения в тысячи раз и во столько же раз снизилось потребление энергии. Еще большие возможности приобрели машины нового поколения, быстродействие которых достигло нескольких десятков и сотен миллионов операций в секунду. В этих системах с громадным объемом памяти диалог человека с машиной приобретает новые формы. В то же время габариты машин быстро падают, а управление ими существенно упрощается.

Так возникли машины нового качества, такие, которые смогли заменить некоторые элементы человеческой памяти и принять на себя часть его психической работы. Но следует отметить, и это весьма существенно, что машина все же остается машиной и ее назначение — помочь человеку и заменить его в тех операциях, которые по какой-либо причине находятся вне человеческих возможностей.

Для того чтобы применить вычислительные быстродействующие машины для управления производством, надо, чтобы и само производство достигло определенной степени организации, т. е. автоматизации всех основных производственных процессов и механизации трудоемких и тяжелых работ. Следует напомнить, что существует качественное различие между обычной технологической машиной и машиной автоматического действия. Автоматизация всех операций, производимых машиной, полностью выключает оператора из технологического процесса. При этом изменяется и взаимосвязь механизмов: становится возможным значительно сократить длительность простоя и перестроить выполнение технологических операций таким образом, чтобы максимально уплотнить рабочее время. За оператором остаются лишь функции контроля и обслуживания, и это обстоятельство оставляет возможности для дальнейшего совершенствования машины.

Другим важным условием автоматизации остается создание более совершенного инструмента или того агрегата, на который и возлагаются технологические функции машины. Оба эти условия взаимосвязаны: введение в практику новых более совершенных рабочих органов стимулирует разработку более совершенных механизмов, а это влечет за собой дальнейшую экономию времени.

Процесс автоматизации имеет «скачкообразный» характер. Всякий раз, когда повышение технологической производительности приближалось к тем значениям, когда становилось бессмысленным дальнейшее ее увеличение, на смену появлялась новая машина. Она давала более высокую производительность благодаря частичной или полной автоматизации рабочего процесса. Это, в свою очередь, порождало новый скачок в повышении технологической производительности, который требовал дальнейшего развития — совершенствования исполнительного механизма за счет сокращения затрат времени.

В настоящее время машины автоматического действия работают в самых различных отраслях промышленности — в машиностроении, металлургии, полиграфии и т. д. Автоматы различаются не только по виду промышленности. Как правило, они являются машинами специализированного назначения в отличие от универсальных машин и станков, поэтому какое-либо производство может иметь значительно больше автоматов, чем оно имело бы универсальных машин.

Однако, несмотря на большое различие технологических процессов и машин автоматического действия, обслуживающих какой-либо технологический процесс, их структура остается принципиально подобной, а все видоизменения заключаются в комплектах механизмов, предназначенных для выполнения операций рабочего цикла, в способах крепления обрабатываемого материала и обрабатывающего инструмента. Во всех машинах автоматического действия имеются группы механизмов, выполняющих подобные функции: распределительный вал с системой кулачковых механизмов, предназначенных для выполнения операций paточные механизмы, передающие движение от распределительного вала, поворотно-фиксирующие механизмы, механизмы питания, механизмы управления, механизмы привода. Эти группы механизмов свойственны почти всем технологическим машинам автоматического действия. Такое подобие в структуре — следствие того, что в основу создания автоматов положены цикличность работы и автоматизация рабочих и холостых ходов.

С точки зрения использования рабочего времени различаются автоматы непрерывного и дискретного (прерывистого) действия. В первом случае весь технологический процесс представляет собой поток, в который поступают сырье и заготовки и который завершается выходом готовой продукции, и поэтому автоматы непрерывного действия по своим качественным характеристикам лучше автоматических машин прерывного действия.

Тем не менее производственные операции, в результате которых получается определенная продукция в виде изделий или же непрерывных лент выработанного материала, не могут обеспечить завершение производственного процесса, если его конечным результатом является сложное изделие, состоящее из большего или меньшего числа разнородных собранных вместе деталей и испытанное на пригодность в конечном виде. Нужна еще автоматизация подачи изделий и материалов, автоматизация сборки. Во многих случаях производственной практики нужна еще механизация и автоматизация трудоемких и тяжелых работ.

Есть и специальные случаи: сборка готового изделия может производиться при очень больших скоростях, превышающих возможности операторов и их внимательность; размеры собираемых деталей могут быть настолько малыми, что оператор, если и может осуществить сборку, то очень медленно, а это экономически невыгодно; операции могут производиться в среде, являющейся опасной для здоровья оператора или даже для его жизни. Во всех этих случаях в производственный цикл вводятся машины автономного действия— роботы и манипуляторы.

В подавляющем большинстве машин, предназначенных для транспорта, передвижение по поверхности осуществляется с помощью колес. Но встречаются такие случаи, когда или по причине больших габаритов машины, или по причине отсутствия специально подготовленной дороги, или при передвижении по сильно пересеченной местности, или по какой-либо иной причине невозможности использовать колесный ход, переходят к шагающим машинам. Все эти машины ведут «свой род» от знаменитого шагающего механизма Чебышева.

И наконец, существует очень большая группа механизмов, которые могут заменять действие некоторых органов человека (протезы) или выполнять некоторые физиологические функции (искусственные внутренние органы человека). С последней группой механизмов «соседствует» большая группа машин, относящихся к медицинской технике.

К перечисленным группам машин и механизмов относятся не все возможные искусственные приспособления, но во всяком случае большая часть той механической техники, которая характерна для современного периода развития производства и общества, укладывается в пределы этих групп. При этом очень важным обстоятельством является то, что автоматы, машины автономного действия, медицинские и иные машины, относящиеся к разбираемым здесь группам, могут агрегироваться с теми вычислительными машинами, речь о которых была выше.

Анализируя развитие машин во второй половине XX в., И. И. Артоболевский пришел к выводу, что следует видоизменить и пополнить само определение машины, приведя его в соответствие с современным положением учения о машинах. Исходя из этого, он предложил следующую формулировку: машина есть устройство, создаваемое человеком для изучения и использования законов природы с целью облегчения физического и умственного труда, увеличения его производительности и облегчения путем частичной или полной замены человека в его трудовых и физиологических функциях. Иначе говоря, машина есть устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации.

Как уже говорилось, первые роботы появились в виде человекообразных фигур, или кукол, исполнявших одну или несколько функций, сперва не имевших отношения к производственной деятельности. Появление на сцене манипуляторов было более драматичным: первые эксперименты с радиоактивными веществами и поиски критических величин, достаточных для начала цепной реакции, приходилось выполнять вручную. Последствия этого известны, а изобретение манипуляторов было ответом на эту новую и очень срочную задачу, поставленную техникой. Вторым важным потребителем «механических рук» оказались глубоководные исследования. В дальнейшем было установлено, что в ряде технологических процессов автономно действующий механизм может с успехом заменить человека.

Параллельно шли исследования по созданию кибернетических машин, в которых идеи конструирования машин автоматического действия сочетались с идеями кибернетики. Первыми среди них были медицинские диагностические машины. Как оказалось, эти машины стало возможным приспособить и для решения задач технической диагностики: подобная методика обусловила и подобие при создании технических средств. Было установлено, что диагностический процесс является не статическим, а динамическим. Динамическая процедура диагноза, как писали авторы первых диагностических машин, начинается с простых исследований, затем на основании полученных данных проводится диагностическая оценка. Если оказывается, что данных недостаточно, то система указывает, какое следующее испытание из группы более точных следует произвести. Если на основании результатов, полученных от нового испытания, можно окончательно поставить диагноз, то испытание прекращается. В противном случае опять указывается испытание, вносящее дополнительную информацию. Таким образом, диагностический процесс включает в себя как оценку медицинской информации, так и управление собственно процессом диагноза.

Создание диагностических машин явилось лишь началом: в дальнейшем это направление развилось в чрезвычайно большую область специального машиностроения. При этом весьма характерно, что развитие и совершенствование таких машин идут параллельно с изучением самого человека. В этом направлении, как и во многих других, по-видимому, предела человеческого познания нет.

В 60-х годах происходило быстрое развитие машин автономного действия, параллельно которому развивалось учение о роботах и манипуляторах. Технические качества роботов росли очень быстро. Завершилось это десятилетие тем, что впервые в истории человечества на Луну был доставлен управляемый с Земли советский робот очень высокого класса — «Луноход-1».

Еще в конце 50-х годов начала меняться мера участия человека в управлении машиной. Человек-оператор постепенно передавал свои функции машине. Сперва это были функции движения, затем функции передач и переработки информации, наконец, функции принятия решения.

В 1954 г. в США был выдан первый патент на автомат, названный промышленным роботом с программным управлением движений искусственной руки. В 1962 г. в США были разработаны и построены образцы роботов «Юнимейт» и «Версатран». Через пять лет роботы этих типов были вывезены в Японию, где это новое производство было быстро освоено, и к настоящему времени постройкой роботов и манипуляторов различного назначения занимаются уже более ста японских фирм. Таким образом, среди капиталистических стран Япония заняла ведущее место по производству машин автономного действия.

При совершенствовании промышленных роботов выявляются две тенденции, связанные, с одаой стороны, с ростом их экономичности и эффективности, а с другой — с увеличением их автономности и мобильности. Первые модели промышленных роботов создавались как завершенные и неделимые механические конструкции, имевшие определенное число степеней свободы и определенную систему управления. В результате их кинематическая структура оказывалась чрезмерно сложной, то же происходило и с системой управления. Затем началась специализация машин автономного действия, в связи с чем быстро росла номенклатура различных конструктивных решений.

Для универсализации промышленных роботов и для упрощения возможности их использования в желательном конструктивном оформлении была сделана попытка разработки модульных конструкций роботов. В этом случае все его агрегаты, системы управления и математическое обеспечение — все эти элементы могли быть собраны в некоторое число различающихся между собой по форме и по назначению конструкций. Подобную универсальную и одновременно экономичную конструкцию разработали японские специалисты. Эта конструкция блочная и состоит из четырех агрегатов — телескопической «руки», «кисти» для захвата, вертикальной колонки и основания. Такие роботы агрегатного типа имели большую эксплуатационную гибкость, что давало возможность реализовать наиболее рациональную композицию для использования ее в условиях многономенклатурного производстве.

Быстрое совершенствование машин автономного действия определило характерные особенности трех последовательных поколений этих машин. К первому поколению принадлежали роботы, которые были снабжены циклической системой управления, ко второму — роботы с рефлексным принципом управления, к третьему — роботы с адаптивной системой управления, основанной на принципах самоорганизации и самоусовершенствования.

Создание третьего поколения роботов выдвинуло необходимость введения в систему управления элементов искусственного интеллекта. Роботы с элементами машинного зрения были созданы в США, Англии, Японии. Соответствующие исследования проводятся и в нашей стране: роботы с искусственным зрением были созданы в Ленинграде и Киеве. Эти роботы могли находить некоторые объекты, а также собирать некоторые простейшие механизмы. Еще в 60-е годы была создана и начала работать советская космическая станция «Луна-9», оборудованная системой искусственного зрения: передаваемая с ее помощью информация дала возможность ближе познакомиться с поверхностью Луны.

Дальнейшие поиски в области робототехники позволили расширить функциональные возможности роботов. Американская информационная система выполнила комплекс исследований на Марсе в целях получения атмосферных, аэрофизических, аэрохимических и биологических данных. Были созданы также специализированные телеуправляемые подводные аппараты.

Непрерывное совершенствование роботов и расширение их функциональных возможностей вызвали необходимость дальнейшего совершенствования их классификации. К настоящему времени можно выделить по крайней мере четыре группы роботов: собственно роботы — кибернетические автоматы; управляющие роботы — автоматы, предназначенные для решения сложных численных и логических задач; управляемые роботы — манипуляторы, предназначенные для выполнения механических операций на некотором расстоянии от оператора; информационные роботы — автоматические системы, предназначенные для поиска, переработки и передачи информации о состоянии различных параметров исследуемых объектов.

Эту классификацию можно дополнить на основе принципов построения общей схемы машин и формы связи между блоками, выделив следующие группы: манипуляционные роботы; подвижные полуавтоматические манипуляционные роботы с дистанционным управлением и телеконтролем; автоматические роботы с программирующими агрегатами или автоматическими подвижными системами; автономные роботы.

Таким образом, машины автономного и автоматического действия непрерывно развиваются. Над их совершенствованием работает большое число ученых и инженеров во многих странах мира. В будущем роботы должны сыграть важную роль в деле замены труда человека во многих операциях, там, где это обеспечит улучшение качества продукции, убыстрение ее производства и, кроме того, освобождение человека от тяжелого и малопроизводительного труда.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: